包装印刷造纸工艺-打浆工艺培训课件

第一章磨(打)浆第一节概述第二节磨（打）浆原理第三节磨浆打浆设备第四节磨（打）浆工艺第五节磨（打）浆对纸浆性质的影响第六节干浆板的碎解和浆料的疏解第一节概述一、磨(打)浆的概念

打浆（beating）：利用物理(机械)的方法处理悬浮于水中的纸浆纤维，使其具有适应造纸机生产上要求的特性，并使所产生的纸张能达到预期的质量要求，这一操作过程叫打浆。磨浆（refining）：这个术语是随着连续打浆的磨浆机的出现，而产生的。是指利用盘磨等磨浆打浆设备连续处理纸浆悬浮液，赋予纸浆抄纸所要求的特性，这一操作过程。碎解：这个术语主要是用于碎解机中处理浆板、损纸、废纸及蒸煮后的一些浆料，制成纤维悬浮液，为打浆和磨浆作准备。这三个术语虽然应用范围不同，但有一个共同点，就是纸料纤维在处理过程中受到剪切力作用。纤维受到的剪切力可以来自磨(打)浆设备的刀(或磨齿)的机械作用，也可以来自纤维与流体间的速度梯度和加速度所产生的剪切力。

第一节概述磨浆和打浆的主要区别：

在于打浆是间歇式的操作，在打浆过程中，纤维悬浮液在打浆设备的浆槽内循环并通过由回转的打浆辊飞刀和固定的底刀构成的打浆机构进行打浆，其特点是纤维通过打浆机构时与刀片成垂直的排列。磨浆是连续操作，在磨浆过程中，纤维悬浮液连续的通过磨浆设备，在由转子刀辊飞刀(或转盘磨齿)和固定的定刀(或定盘磨齿)构成的磨浆机构进行磨浆，其特点是纤维通过磨浆机构时与刀片(或磨齿)成平行状态。

第一节概述二、磨(打)浆的目的和任务

(一)磨(打)浆的目的

磨(打)浆的目的是根据纸张或纸板的质量要求和浆料的种类和特征，在可控的情况下用物理方法改善纤维的形态和性质，使制造出来的纸张或纸板符合预期的质量要求。第一节概述

(二)磨(打)浆的主要任务

(1)利用物理方法，对水中纤维悬浮液进行机械等处理，使纤维受到剪切力，改变纤维的形态，使纸浆获得某些特征(如机械强度、物理性能)，以保证抄造出来的产品取得预期的质量要求。(2)通过磨(打)浆，控制纸料在网上的滤水性能，以适应造纸机生产的需要，使纸幅获得良好的成形，改善纸页的匀度和强度。磨(打)浆是物理变化，磨(打)浆作用对纸浆所产生的纤维结构和胶体物质的变化都属于物理变化，并不引起纤维的化学变化和产生新的物质。

第一节概述三、磨(打)浆前后浆料性质的变化

磨(打)浆使浆料纤维受到剪切力作用，除了揉搓、疏解浆料，使纤维束分解为单纤维外，纤维细胞壁首先产生位移和变形，细胞壁的P层和S层被部分破除并产生纤维碎片，纤维被切断并发生扭曲、卷曲、压缩和伸长等状况。同时，纤维吸水润胀和细纤维化，纤维表面分丝而分离出许多微细纤维，纤维两端帚化，游离出很多羟基，纤维的比表面积增大，表面变的粗糙，而层间的内聚力下降，纤维变得更加柔软可塑，整体纸料的滤水性能下降。总之，磨(打)浆使纤维产生变形、润胀、细纤维化和切断等一系列的作用。

第二节磨(打)浆原理一、纤维细胞壁的结构图l-2-1纤维细胞壁结构示意图l一胞间层、2一初生壁、3一次生壁外层、4一次生壁中层、5一次生壁内层用电子显微镜观察植物纤维细胞壁，不难看到它可分为胞间层、初生壁和次生壁。第二节磨(打)浆原理

一、纤维细胞壁的结构初生壁(P)——细胞壁的外层，与胞间层紧密相连，厚度很薄，约0.1～0.3μm，含有较多的木素和半纤维素，是一层多孔的薄膜，不吸水而能透水，不容易润胀，微纤维在初生壁上作不规则的网状排列，像套筒那样束在次生壁上，有碍次生壁与外界接触，有碍纤维的润胀和细纤维化，故在打浆中需将此层打碎破除。

第二节磨(打)浆原理

一、纤维细胞壁的结构次生壁外层(S1)——由若干层细纤维的同心层所组成，厚度较薄,约0．1～lμm，是P层与S2层的过渡层，其化学成分与P层接近，微纤维排列的方向几乎与纤维的轴向垂直(缠绕角70

。～90。)，不规则地交织在纤维壁上，S１层和P层结合较紧密，S1层的微纤维的结晶度比较高，对化学和机械作用的阻力较大，它和P层都会限制S2层的润胀和细纤维化，故打浆时也需将此层打碎破除。

第二节磨(打)浆原理

一、纤维细胞壁的结构次生壁中层(S2)——由许多细纤维的同心层所组成，是纤维细胞壁的主体，厚度最大约3～10μm，约占细胞壁厚度的70％～80％，纤维素和半纤维素的含量高，木素的含量少，微纤维的排列呈螺旋单一取向，几乎和纤维轴向平行(缠绕角O。～45。)，S2层是磨(打)浆作用的主要对象。

第二节磨磨(打)浆原理一、纤维细细胞壁的结结构次生壁内层层(S3)——由层数不多多的细纤维维的同心层层所组成，，厚度也很很薄约0.1μm，，在纤维壁壁中所占的的比例不到到10％，，木素的含含量低，纤纤维素含量量高，S3层化学性性稳定，微微纤维的排排列与S1层相似，，与纤维轴轴向的缠绕绕角约70。～90。，在磨(打打)浆中一一般不考虑虑S3层。。第二节磨磨(打)浆原理一、纤维细细胞壁的结结构细胞壁各层层微纤维的的排列和走走向，与细细胞轴向的的缠绕角大大小，对磨磨(打)浆浆的影响很很大，缠绕绕角小的纤纤维容易分分丝帚化，，反之缠绕绕角大的分分丝帚化困困难。单根根纤维的强强度也主要要取决于S2层微细细纤维与细细胞轴向的的缠绕角，，缠绕角越越小，纤维维越长，单单根纤维的的强度则越越大，但伸伸长率则越越小。第二节磨磨(打)浆原理二、杂细胞胞的结构木材和非木木材的杂细细胞在含量量、种类和和形状上都都不大相同同，木材中中的针叶木木和阔叶木木也不同，，而非木材材原料中差差异更大。。一般来讲讲，木材的的杂细胞含含量比非木木材少，如如针叶木含含量只有1.5％(面积法下下同)左右右，阔叶木木含量约在在17％～～27％之之间，。非非木材中如如竹类接近近20％～～30％，，其他草类类一般在40％～60％之间间。第二节磨磨(打)浆原理二、杂细胞胞的结构1．针叶木木造纸原料料的杂细胞胞针叶木杂细细胞包括木木射线薄壁壁细胞和木木射线管胞胞，两者形形态相似，，均为砖形形。木射线薄壁壁细胞，在在电子显微微镜下看到到，其初生生壁的微细细纤维像纤纤维细胞那那样，是网网状结构，，次生壁也也分为三层层，相当于于S1、S2与S3层，其中中S2层微微细纤维的的取向几乎乎平行细胞胞轴，Sl层与S2层微细纤纤维与细胞胞轴成30。～60。。第二节磨磨(打)浆原理二、杂细胞胞的结构2．阔叶木木造纸原料料的杂细胞胞阔叶木的杂杂细胞包括括导管细胞胞、木薄壁壁细胞、木木射线薄壁壁细胞等。。阔叶木(水水青冈树属属一种)横横卧木射线线薄壁细胞胞的超薄层层横切面的的电子显微微镜图中，，其细胞壁壁可看出P+S1，，S2和S3层，S2层最厚厚。从一个个横卧木射射线细胞的的未处理的的与脱木素素的表面显显微镜图中中，观察到到P层有网网状结构，，次生壁分分为三层，，S1层与与S2层微微细纤维的的取向与细细胞轴成60。～80。，在S3层层的微细纤纤维取向与与轴平行。。第二节磨磨(打)浆原理二、杂细胞胞的结构3．禾草类类杂细胞禾草类杂细细胞包括有有薄壁细胞胞、表皮细细胞、导管管细胞等。。(1)麦草草麦草的杂细细胞主要有有表皮细胞胞、导管、、薄壁细胞胞等，约是是全部细胞胞的40％％，薄壁细细胞是草浆浆中常见者者，其特点点是胞壁薄薄，容易变变形破碎，，壁上大多多有纹孔。。麦草的薄薄壁细胞形形状有杆状状、长方形形、椭圆形形等数种，，其中以杆杆状为主。。杆状细胞胞约占杂细细胞总数的的一半左右右，其胞壁壁上有网状状加厚。麦麦草锯齿状状的表皮细细胞较稻草草粗大、齿齿形尖、齿齿距大小均均匀，麦草草的导管有有螺纹导管管、环纹导导管及纹孔孔导管三种种，其中以以纹孔导管管最长。第二节磨磨(打)浆原理二、杂细胞胞的结构3．禾草类类杂细胞(２)芦苇苇芦苇的导管管细胞和薄薄壁细胞其其共同的特特点是细胞胞壁薄，但但细胞壁仍仍分为三层层，即初生生壁、次生生壁外层、、次生壁内内层，其初初生壁很薄薄与胞间层层合为一体体，不大明明显。在细细胞交角的的区域常出出现空隙，，即无胞间间层组织。。次生壁外外层与次生生壁内层间间有明显的的界线，两两层厚度相相差不多，，薄壁细胞胞上微纤维维排列，P层呈乱网网状，S1、S3层层呈规则的的网状，S3层的微微纤维角度度较S1层层更近于轴轴向，存在在于纸浆中中的薄壁细细胞干燥时时由于微纤纤维呈网状状排列收缩缩是各向同同性的，因因此细胞表表面平坦，，不出现起起皱现象。。导管细胞胞初生壁上上微纤维也也是网状，，次生壁上上由于有许许多纹孔，，纹孔口附附近的微纤纤维作环状状排列，其其他部位的的微纤维较较紊乱。表表皮细胞较较厚，呈多多层状态，，胞腔较小小其中常填填有内容物物。第二节磨磨(打)浆原理三、磨(打打)浆对纤纤维细胞的的作用打浆对纤维维的作用，，主要是发发生物理化化学变化。。不论使用用何种类型型的打浆设设备，都使使纤维产生生切断、压压溃、吸水水润胀和细细纤维化。。当纤维的的细胞壁受受到以上的的作用后，，其主要变变化发生在在纤维的细细胞壁。纤纤维的细胞胞壁变化有有如下几种种形式：１、打浆使使纤维细胞胞壁产生位位移和变形形。细胞壁产产生位移和和变形的原原因是由于于纤维在打打浆过程中中受到机械械作用力后后，使次生生壁中层一一定位置上上的微纤维维产生弯曲曲变形，使使微纤维之之间空隙有有所增加，，这就为纤纤维吸收更更多的水分分创造了条条件，纤维维吸水变形形后变得柔柔软，对除除去初生壁壁和次生壁壁外层具有有重要作用用。第二节磨磨(打)浆原理三、磨(打打)浆对纤纤维细胞的的作用２、打浆使使纤维初生生壁和次生生壁外层发发生破除。未去掉初初生壁的纤纤维，显得得光滑、挺挺硬，不易易吸水润胀胀，因此，，必须利用用打浆设备备的机械作作用力和纤纤维之间的的相互摩擦擦力，将初初生壁和次次生壁的外外层破除，，使次生壁壁中层的细细纤维分离离出来，才才能达到纤纤维的充分分润胀和细细纤维化的的目的。在在通常情况况下，不同同种类的纤纤维原料的的初生壁及及次生壁外外层的除去去难易程度度也不相同同，因此，，在打浆时时细纤维化化的难易程程度也不相相同。如：：麦草浆比比木浆去除除要困难，，硫酸盐木木浆比亚硫硫酸盐木浆浆的去除要要困难。第二节磨磨(打)浆原理三、磨(打打)浆对纤纤维细胞的的作用３、打浆后后纸浆纤维维吸水发生生润胀。纤维初生生壁未打破破之前，纤纤维的吸水水润胀程度度较慢，经经过打浆处处理后，纤纤维初生壁壁及次生壁壁外层不断断被打破，，增大了纤纤维的吸水水润胀，使使纤维变得得柔软可塑塑，外表面面积增大，，内部组织织结构松弛弛，分子间间内聚力下下降，有利利于细纤维维化的进行行。由于纤纤维素和非非纤维素分分子结构中中存在着有有无定形区区和大量的的羟基，与与水分子发发生极性吸吸引，水分分子进入无无定形区，，使纤维素素分子链间间距离增大大，纤维外外表面积增增大，从而而引起吸水水润胀。第二节磨磨(打)浆原理三、磨(打打)浆对纤纤维细胞的的作用４、经过打打浆设备的的物理(机机械)作用用，使纤维维产生细纤纤维化。纸浆纤维维在打浆的的过程中受受到打浆的的机械作用用而产生纵纵向分裂，，表面分离离出细小纤纤维，纤维维两端帚化化起毛的现现象，称为为细纤维化化。由于细细纤维化的的产生，增增强了纤维维与纤维的的交织能力力，从而使使生产纸张张的物理强强度有较大大的提高。。第二节磨磨(打)浆原理三、磨(打打)浆对纤纤维细胞的的作用５、由于打打浆设备的的剪切作用用，纤维受受到横向切切断。纤维在打打浆过程中中，由于打打浆设备的的剪切作用用，使纤维维受到切断断。同时，，在打浆压压力较大，，浓度较高高的情况下下，纤维之之间相互摩摩擦，也会会造成纤维维的横向切切断。长纤纤维经过适适当切短，，可以提高高纸张的组组织均匀性性和平滑性性。但过分分的切短，，纸的强度度就会降低低。在通常常情况下，，纤维的切切断与润胀胀的程度有有关，在同同一打浆条条件下，吸吸水润胀得得好，纤维维具有良好好的柔软性性和可塑性性，就不容容易受到切切断，而易易于分丝帚帚化。反之之，吸水润润胀不好，，纤维挺硬硬，则容易易受到切断断。第二节磨磨(打)浆原理三、磨(打打)浆对纤纤维细胞的的作用６、产生纤纤维碎片磨(打)浆浆过程中产产生纤维碎碎片有三方方面:(1)纤维维的初生壁壁和次生壁壁外层破除除由于纤维受受到磨(打打)浆设备备刀片的机机械摩擦力力和纤维与与纤维之间间的摩擦力力及水的剪剪切应力的的作用，使使纤维的初初生壁和次次生壁外层层被磨碎脱脱落，有的的成为碎片片，尤其是是稻麦草浆浆，产生的的碎片更为为明显，据据研究表明明，麦草的的初生壁硬硬而脆，在在磨(打)浆开始阶阶段就像剥剥皮一样逐逐渐脱落下下来。(2)纸浆浆中的杂细细胞被打碎碎杂细胞一般般粗短，多多数在磨(打)浆过过程中容易易被打成碎碎片。尤其其是薄壁细细胞。第二节磨磨(打)浆原理三、磨(打打)浆对纤纤维细胞的的作用６、产生纤纤维碎片(3)纤维维横向被切切断产生碎碎片纤维在磨(打)浆过过程中，横横向被切断断若在两端端部，而被被切断的部部分也成为为碎片。不不过这碎片片数量不多多。这些碎片的的存在，一一方面影响响纸料的滤滤水性能，，特别是草草类纤维，，因杂细胞胞含量多，，纤维脱落落的碎片也也多，所以以滤水性能能差。另一一方面这些些碎片的存存在会影响响到纸页的的物理强度度。第二节磨磨(打)浆原理三、磨(打打)浆对纤纤维细胞的的作用７．其他次次要的作用用(1)增加加纤维的柔柔软性当初生壁与与次生壁外外层被破除除后，纤维维就产生大大量的吸水水润胀，结结果使纤维维直径变大大、比容增增加、纤维维细胞壁内内部结构变变得更加松松弛、层间间内聚力下下降，从而而使纤维变变得更加柔柔软。(2)纤维维的扭曲、、卷曲、伸伸展和压缩缩高浓磨(打打)浆时，，纤维受到到强烈的挤挤压、揉搓搓和扭曲等等作用，使使纤维纵向向受到压缩缩，同心层层产生滑动动，结果造造成纤维产产生扭曲和和卷曲形状状。这些扭扭曲和卷曲曲状的纤维维若再经过过低浓磨(打)浆处处理又可能能被拉伸，，结果使部部分纤维由由扭曲和卷卷曲状转变变为带状，，纤维显得得更加柔软软。第二节磨磨(打)浆原理三、磨(打打)浆对纤纤维细胞的的作用７．其他次次要的作用用(3)溶解解作用在磨(打)浆过程中中，纤维表表面的部分分半纤维素素在磨浆打打浆过程中中，对水的的可接近性性增加以及及化学结合合受到破坏坏，从而使使这部分半半纤维素产产生溶解作作用。Peel认为为其损失量量在0.5％～5％％的范围内内，这些溶溶解出来的的物质可以以被纤维再再吸附。第二节磨磨(打)浆原理四、磨(打打)浆对杂杂细胞的作作用禾草类的杂杂细胞含量量较多，磨磨(打)浆浆对其的作作用及变化化也略有不不同。一般般来讲，薄薄壁细胞含含量较高，，但壁很薄薄，导管两两端都是平平直，壁也也较薄，故故磨(打)浆过程中中容易被打打碎成为碎碎片存在于于纸料中。。筛管的细细胞壁也比比较薄，属属纤维素，，但筛管细细胞数量较较少，加之之制浆中流流失，纸浆浆中一般不不易找到。。石细胞，，属非纤维维状的厚壁壁细胞，尺尺寸较小，，易于在制制浆洗涤过过程中同洗洗涤水流失失。表皮细细胞，一般般在磨(打打)浆过程程中不易被被打碎。禾禾草类的杂杂细胞在磨磨(打)浆浆过程中的的变化较为为复杂。。第二二节节磨磨(打打)浆浆原原理理四、、磨磨(打打)浆浆对对杂杂细细胞胞的的作作用用麦草草浆浆中中的的表表皮皮细细胞胞在在磨磨(打打)浆浆过过程程中中不不容容易易破破坏坏，，甚甚至至到到磨磨(打打)浆浆后后期期，，仍仍能能发发现现较较完完整整的的锯锯齿齿状状的的表表皮皮细细胞胞，，这这和和它它的的结结构构特特殊殊性性有有关关。。下图图可可以以看看出出，，麦麦草草浆浆打打浆浆度度为为21°°SR时时，，可可以以看看到到较较完完整整的的锯锯齿齿形形表表皮皮细细胞胞，，薄薄壁壁细细胞胞也也较较完完整整。。图1-2-4麦麦草草浆浆(2I°°SR)的的杂杂细细胞胞××160第二二节节磨磨(打打)浆浆原原理理四、、磨磨(打打)浆浆对对杂杂细细胞胞的的作作用用下图图可可以以看看出出，，麦麦草草浆浆打打浆浆度度增增加加到到63°°SR时时，，表表皮皮细细胞胞还还较较完完整整，，但但薄薄壁壁细细胞胞已已打打成成很很多多碎碎片片了了。。图l-2-5麦麦草草浆浆(63°°SR)的的杂杂细细胞胞变变化化情情况况××160第二二节节磨磨(打打)浆浆原原理理五、、草草类类浆浆纤纤维维磨磨(打打)浆浆的的特特性性１、、草草浆浆磨磨（（打打））浆浆纤纤维维细细胞胞变变化化的的特特点点草类类原原料料与与木木材材原原料料在在化化学学组组成成、、纤纤维维形形态态及及结结构构上上有有很很大大的的区区别别。。反反应应在在磨磨（（打打））浆浆上上突突出出的的特特点点是是：：草草浆浆磨磨(打打)浆浆帚帚化化困困难难，，即即草草浆浆磨磨(打打)浆浆不不易易实实现现外外部部细细纤纤维维化化。。PF磨磨对对麦麦草草浆浆的的磨磨浆浆特特性性研研究究表表明明，，在在磨磨浆浆过过程程中中纤纤维维形形态态的的变变化化如如下下：：麦麦草草纤纤维维的的P层层易易破破碎碎脱脱落落（（P层层是是一一层层较较薄薄的的网网状状结结构构，，像像一一层层易易破破发发脆脆的的旧旧纱纱布布包包裹裹在在S层层的的外外面面））。。磨磨浆浆开开始始纤纤维维很很快快起起毛毛，，薄薄壁壁细细胞胞破破裂裂成成碎碎片片脱脱落落，，打打浆浆度度迅迅速速升升高高，，当当初初生生壁壁被被剥剥落落干干净净以以后后，，纤纤维维显显得得很很光光滑滑，，继继续续磨磨浆浆纤纤维维形形态态变变化化不不大大，，随随着着打打浆浆度度的的提提高高，，纤纤维维逐逐步步被被切切断断。。直直到到打打浆浆度度80～～90°°SR时时，，纤纤维维才才有有较较明明显显的的纵纵裂裂分分丝丝。。在在此此以以后后纤纤维维继继续续外外部部细细纤纤维维化化。。但但此此时时纤纤维维被被切切得得很很短短，，强强度度大大大大下下降降。。原原来来纤纤维维长长度度0.79mm，，当当打打浆浆度度93°°SR时时，，纤纤维维长长度度只只剩剩下下0.44mm，，长长度度降降近近一一半半。。第二二节节磨磨(打打)浆浆原原理理五、、草草类类浆浆纤纤维维磨磨(打打)浆浆的的特特性性２、、草草类类纤纤维维难难细细纤纤维维化化的的原原因因草类纤维难于于细纤维化，，据最近的研研究其原因是是：(1)草类原原料的胞腔小小，S1层较较厚，S1层层与S2层之之间粘结紧密密，S1层的的细纤维呈交交叉螺旋形沿沿纤维的横向向排列，像一一个套筒把龟龟层紧紧地包包扎住，限制制了S2层的的润胀，磨(打)浆时S1层不易破破除，难于润润胀，因此草草浆纵向分裂裂帚化困难。。(2)草类原原料的细胞壁壁是多层结构构的微纤维薄薄层，各层微微纤维的排列列方向往往不不一样。如竹竹子、龙须草草的微纤维排排列多近于横横向排列，多多次限制了轴轴向排列的微微纤维层的分分丝和润胀，，因此纤维纵纵裂帚化困难难。(3)微纤维维的缠绕角度度过大。通过过对棉浆、麻麻浆和多种针针叶浆的微纤纤维的观察发发现，在结合合强度相同的的情况下，微微纤维缠绕角角小于10°°的纤维一般般容易纵裂。。缠绕角在10～30°°间的纤维(如棉麻浆)，能够帚化化纵裂。而缠缠绕角大于45°(如麦麦草、芦苇、、龙须草等草草类纤维和部部分阔叶木纤纤维)，很难难帚化纵裂。。第二节